非接觸式高壓帶電顯示裝置研究

謝雪峰

（國網(wǎng)安徽省電力公司祁門縣供電公司）

非接觸式高壓帶電顯示裝置研究

謝雪峰

（國網(wǎng)安徽省電力公司祁門縣供電公司）

電力企業(yè)為了保證電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行，確保人民群眾的生命財產(chǎn)安全，會對高壓電氣設(shè)備、輸電線路的帶電狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。一般情況下，高壓帶電顯示裝置可以分為三種，分別是接觸式、非接觸式、等電位式。本文將針對非接觸式高壓帶電顯示裝置進(jìn)行分析，明確高壓帶電顯示裝置的研究背景和意義，了解非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究現(xiàn)狀，分析信號處理電路的設(shè)計方案。

非接觸式；高壓帶電；顯示裝置

前言

目前，我國電力市場中的高壓帶電顯示裝置都是以非接觸式高壓帶電顯示裝置為主。雖然非接觸式高壓帶電顯示裝置的應(yīng)用十分廣泛，但是在實(shí)際應(yīng)用過程中依然存在一定的問題。非接觸式高壓帶電顯示裝置在安裝的過程中會受到安全距離的限制，為了保障非接觸式高壓帶電顯示裝置能夠發(fā)揮作用，在安裝時應(yīng)該對線路停電。由于傳感器比較容易受到電場環(huán)境的影響，所以經(jīng)常會出現(xiàn)非接觸式高壓帶電顯示裝置誤報、故障的情況，而且在維修、更換上也有一定的難度，還需要不斷進(jìn)行非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究。

1 高壓帶電顯示裝置的研究背景與意義

我國電力需求主要表現(xiàn)在中部、南部、東部的發(fā)達(dá)地區(qū)，而能源卻主要分布在西部和北部，這種資源與需求的不平衡對我國電力事業(yè)的發(fā)展帶來了很大的挑戰(zhàn)。為了實(shí)現(xiàn)全國范圍內(nèi)的資源優(yōu)勢和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢互補(bǔ)，推動經(jīng)濟(jì)全面建設(shè)的飛速發(fā)展，就必須要加強(qiáng)超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離電力輸送的發(fā)展，形成“西電東送、南北互供、全國聯(lián)網(wǎng)”的電力輸送格局[1]。

隨著社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，人們對于電力的要求逐漸增加，輸電電壓等級不斷提升，超高壓、大容量、遠(yuǎn)距離的電力輸送受到了電力企業(yè)的廣泛關(guān)注，同時，電力傳輸施工中的安全問題逐漸日益突出。非接觸式高壓帶電顯示裝置在安裝過程中，需要對電氣設(shè)備停電之后才能開始安裝，為施工人員的生命財產(chǎn)安全提供了基本保障。

目前，我國發(fā)生了多起觸電事故，造成觸電事故的原因除了工作人員沒有嚴(yán)格遵照規(guī)章制度進(jìn)行施工以外，還存在高電壓等級、安全距離、環(huán)境條件、氣候條件等安全隱患。非接觸式高壓帶電顯示裝置的存在價值就是盡可能的避免這些安全隱患，降低電力企業(yè)發(fā)生觸電事故的概率。

2 非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究現(xiàn)狀

非接觸式高壓帶電顯示裝置主要包括三種形式，分別是感應(yīng)式帶電顯示與閉鎖顯示裝置、等電位的帶電顯示裝置、電暈型帶電顯示裝置。感應(yīng)式帶電顯示與閉鎖顯示裝置的工作原理是將感應(yīng)電極靠近高壓設(shè)備，交變信號會出現(xiàn)在電容之上，之后把信號傳輸給控制裝置，對信號進(jìn)行放大處理，從而實(shí)現(xiàn)高壓帶電顯示的目標(biāo)。感應(yīng)式帶電顯示與閉鎖顯示裝置的主要優(yōu)勢是傳感器與高壓線路之間并沒有直接的接觸，所以不會發(fā)生感應(yīng)式帶電顯示與閉鎖顯示裝置局部放電的情況，確保測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與可靠性。

等電位的帶電顯示裝置能夠發(fā)揮效果主要是因?yàn)楦邏悍烹姽艿氖褂茫_保電網(wǎng)的正常運(yùn)行，既適合室內(nèi)安裝，也適合室外安裝。電暈型帶電顯示裝置是利用了高壓作用下的電暈放電現(xiàn)象，通過這種方式對放電情況進(jìn)行判斷，確保電力傳輸?shù)恼＿\(yùn)行[2]。

3 信號處理電路的設(shè)計

信號處理裝置是非接觸式高壓帶電顯示裝置中的重要組成部分，完善的信號處理電路設(shè)計能夠?yàn)榉墙佑|式高壓帶電顯示裝置的正常運(yùn)行提供基本保障。涉及到信號處理電路設(shè)計的裝置應(yīng)該具備信號采集、信號傳輸、信號處理、信號應(yīng)用等基本性能。電源、針板結(jié)構(gòu)電容、保護(hù)電路、放大電路、濾波電路、比較器、分頻器、顯示電路共同組成了信號處理電路。圖1為信號處理裝置結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 信號處理裝置結(jié)構(gòu)框圖

3.1 保護(hù)電路

保護(hù)電路通過兩個穩(wěn)壓二極管方向串聯(lián)實(shí)現(xiàn)了對交流信號的限幅。穩(wěn)壓二極管也叫齊納二極管，具有擊穿后也能保持兩端電壓不變的基本特征。保護(hù)電路在運(yùn)行過程中，無法保證電路中各點(diǎn)電壓時時刻刻都保持在穩(wěn)定的狀態(tài)，一旦發(fā)生電壓不穩(wěn)定的情況，將會給信號處理電路的正常運(yùn)行帶來一定的影響。把穩(wěn)壓二極管接入到保護(hù)電路中，就能夠有效的避免電壓不穩(wěn)定造成的影響，即使面對輸入電壓波動嚴(yán)重的情況，甚至輸入電壓超過穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓電壓，穩(wěn)壓二極管也會確保兩端電壓不發(fā)生變化，確保信號處理電路的正常運(yùn)行，對后級電路進(jìn)行保護(hù)[3]。

3.2 濾波電路設(shè)計

電噪音會對信號處理電路的正常運(yùn)行造成一定程度的影響，不利于非接觸式高壓帶電顯示裝置的正常使用。電噪音是指能夠疊加在有用信號上，對信號傳輸進(jìn)行干擾，并且還會導(dǎo)致原有用信號發(fā)生畸變的電量。一般情況下，在信號處理電路運(yùn)行過程中，都非常不希望受到電噪音的干擾。然而，在非接觸式高壓帶電顯示裝置的實(shí)際使用過程中，微弱信號總是伴隨著電噪音信號，如果不能及時進(jìn)行降噪和分離處理，電噪音信號將會與有用信號共存，給信號處理電路的運(yùn)行造成一定程度的干擾。

造成噪音干擾的原因主要有兩種：①非接觸式高壓帶電顯示裝置自身電路伴隨的噪聲，像是非接觸式高壓帶電顯示裝置中零部件的造成、電路設(shè)計、元件選擇、元件布置不恰當(dāng)引發(fā)的噪聲等。②非接觸式高壓帶電顯示裝置中的電暈放電產(chǎn)生的噪聲，其中頻率分量不同，產(chǎn)生的噪音種類也不盡相同。一般分成兩種噪音形式：①寬頻帶噪聲，聽起來像是破碎的聲音，很容易與其他噪聲進(jìn)行區(qū)分。②純音噪聲，由于正負(fù)交變電壓而導(dǎo)致的導(dǎo)線正負(fù)電暈，從而產(chǎn)生音頻范圍內(nèi)的噪聲[4]。圖2為交流電路可聽噪聲頻譜圖。

圖2 交流線路可聽噪聲頻譜圖

3.3 放大電路設(shè)計

信號處理模塊前端的作用是將輸入的小電流信號轉(zhuǎn)化成電壓信號，之后進(jìn)行信號放大，為后級電路的進(jìn)一步處理提供了方面。在放大電路的設(shè)計中，主要有兩種有效信號，分別是電容電流和電暈電流。噪聲為三次、五次等高次諧波，元件自帶的白噪音，來自線路或空間的高頻噪聲。要想更加全面的檢測到信號處理電路中的微小信號，必須要對電路中的信號進(jìn)行放大。放大電路設(shè)計中使用的放大器要具備靈敏度高、噪聲低、帶寬足夠的基本特征。一般情況下，會選擇低阻抗、高阻抗、跨阻抗前端的方式進(jìn)行放大電路的設(shè)計[5]。

3.4 比較電路設(shè)計

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，很多電路設(shè)計中都會使用DSP作為處理芯片，確保電路的正常運(yùn)行。值得肯定的是，DSP處理芯片在實(shí)際使用過程中確實(shí)存在著一定的優(yōu)勢，像是能夠儲存大量的數(shù)據(jù)信息，方便技術(shù)人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析與計算等。但是，DPS處理芯片也有一定的劣勢，像是帶寬比較窄，頻率范圍達(dá)不到預(yù)期的效果等。本文設(shè)計的非接觸式高壓帶電顯示裝置初步設(shè)計只需顯示有沒有電，不需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)運(yùn)算。但是，因?yàn)樵谑褂眠^程中的頻率比較高，所以對其反應(yīng)速度的要求比較高，故選用比較器即可[6]。

4 結(jié)論

綜上分析可知，隨著社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的飛速發(fā)展，人們對于電力的要求逐漸增加，輸電電壓等級不斷提升，為了保證工作人員安全的情況下，確保高壓輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行，還需要對高壓輸電線路的狀態(tài)進(jìn)行檢測。非接觸式高壓帶電顯示裝置是檢測高壓輸電線路運(yùn)行狀態(tài)的主要手段，對非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究對于推動我國電力企業(yè)的發(fā)展有著重要的意義。

[1]商玲玲.新型非接觸式高壓帶電顯示裝置的研究[D].山東大學(xué)，2012.

[2]鐘源，錢平，沈達(dá).一種新型非接觸式高壓帶電顯示裝置[J].自動化應(yīng)用，2015，12：97～98.

[3]胡榮華，劉曉澤，錢少鋒.一種新型高壓帶電顯示裝置的研究與應(yīng)用[J].電子世界，2015，16：129～130+135.

[4]馮新江，吳健，歸宇，席俞佳，王 滌.避雷器泄漏電流式高壓帶電顯示裝置的應(yīng)用[J].浙江電力，2016，04：74～76.

[5]吳健，徐昕，徐凱，席俞佳，歸宇.一種新型泄漏電流式高壓帶電顯示及閉鎖裝置的設(shè)計[J].自動化應(yīng)用，2016，06：103～105.

[6]姚麗娟.一種高壓帶電顯示裝置（VPIS）的設(shè)計[J].科技傳播，2012，03：124+110.

TM84

A

1004-7344（2016）32-0115-02

2016-10-26

謝雪峰（1984-），男，江蘇宜興人，工程師，本科，主要從事配電網(wǎng)運(yùn)維管理工作。